Güneş enerjisi - özel kurulumlar yardımıyla biriktirerek güneş enerjisi elde etmek. Bugün, Rusya'da güneş enerjisi aktif olarak gelişiyor. Ülkenin bilim adamları, uzun yıllardır enerji taşıyıcıları elde etme olasılıklarını araştırıyorlar. Ancak 2000 yılından bu yana yapılan çalışmalar bu konuya özel bir özenle ayrılmıştır.

Şu anda, güneş enerjisinin biriktirilmesine ve enerji taşıyıcılarına dönüştürülmesine izin veren çeşitli sistemler ve kurulumlar icat edilmiş ve başarıyla kullanılmaktadır. Fotovoltaik sistemler dağınık güneş ışığından çalışır. Ayrıca tesisatın gücü kullanıcının ihtiyacına göre ayarlanabilmektedir. Bir foto dönüştürücü bölümünün basit bir şekilde eklenmesi, yararlı etki katsayısını önemli ölçüde artırabilir ve böylece gerekli miktarda enerjinin elde edilmesini sağlayabilir.

Güneş enerjisi için bugünün beklentileri

Modern insan tarafından doğal enerjiyi kullanma mekanizmasının iyileştirilmesi konularına çok dikkat edilmektedir. Bu nedenle, gelecek için güneş enerjisi umutları çok yüksektir. Uzmanlara göre, önümüzdeki yıllarda dünya doğal kaynakları sonuna kadar kullanacak ve kendisi için tükenmez bir enerji kaynağı kaynağı sağlayacak.

Dünya toplumu için bu sanayi sektörünün gelişimi bir önceliktir. Bunun birkaç nedeni var. Yani:

• doğayı enerji için kullanma olasılığı;
• elde edilen ürünün ekolojik saflığı;
• göreceli ucuzluk;
• çevre için mutlak güvenlik;
• minimum ekipman maliyeti (elde edilen sonuçla karşılaştırıldığında).

Başka bir deyişle, güneş ışınlarından elde edilen enerji, bir bütün olarak insanlık için yalnızca olumlu yönlere sahiptir. Teknik yeteneklerin modern gelişimi, mükemmel beklentiler sağlar - geliştirilmekte olan ekipman, güneş enerjisini minimum işletme maliyetleri ile dönüştürebilir.

Güneş enerjisi tesisatlarının işletilmesinin çok kolay olması da önemlidir. Kurulumu, onarımı ve değiştirilmesi kolaydır ve kendi ihtiyaçlarınıza göre ayarlanır. Foto dönüştürücüler az yer kaplar, binaların çatılarına monte edilirler. Ayrıca kötü havalarda bile enerji biriktirebilirler.

Bilim adamları, sadece bir hafta içinde dünya yüzeyine düşen güneş ışığı miktarının, bilinen tüm karasal enerji taşıyıcılarından (gaz, kömür, odun) elde edilebilecek enerjiden yüzlerce kat daha fazla olduğu sonucuna varmışlardır. Bu, bir kişinin sadece 7 günde, örneğin birkaç ton kömürün verebileceği kadar enerji alabileceği anlamına gelir.

Gelecek güneş enerjisinde

Bu açıklama uluslararası uzmanlar tarafından yapılmıştır. Dağınık güneş ışığının sağladığı olanaklar göz önüne alındığında bu görüşün doğruluğu konusunda hiçbir şüphe yoktur. Bunu basit bir örnekle doğrulamak kolaydır.

Bir ton kömür elde etmek için zaman, insan emeği ve özel ekipman kullanımı gibi çok büyük maliyetler gerekiyor. Her bir ton katı yakıt malzemesinin ülkeye maliyetinin ne kadar olduğunu hesaplamak kolaydır.

Güneş enerjisi durumunda ne olur? Bir depolama cihazının (pil, kompleks, sistem) kurulması yalnızca bir kez gereklidir ve doğrudan insan katılımı olmaksızın sürekli olarak enerji alınır. Yani bir yaşam alanını ısıtmak veya kesintisiz bir güç kaynağı elde etmek için kullanıcının sürekli olarak zaman, çaba ve finansal kaynak harcaması gerekmez.

Dünyada güneş enerjisinin geleceği oldukça pembe görünüyor. Ve bunun için sebepler var. Son yıllarda uzmanlar, güneş enerjisi "alıcılarının" kalitesini önemli ölçüde iyileştirmeyi ve dönüşümlerini artırmayı başardılar. Sonuç olarak, son derece güvenilir ve boyut olarak küçük olan süper güçlü güneş panelleri insanlar tarafından kullanılabilir.

Alternatif bir enerji kaynağı, insanlığın çevrenin korunmasıyla ilgili sorunları çözmesine izin verecektir. Diğer malzemelerin tükenmiş birikintilerini unutmayın: kömür, gaz, odun. Güneş ışınları insanın gerçek dostudur.

Uzun yıllardır güneş enerjisi ve onun gelişme umutları hakkında anlaşmazlıklar ve tartışmalar olmuştur. Birçoğu güneş enerjisini geleceğin enerjisi, tüm insanlığın umudu olarak görüyor. Çok sayıda şirket, güneş enerjisi santrallerinin inşasına büyük yatırımlar yapıyor. Güneş enerjisi, geleneksel enerji taşıyıcılarına ana alternatif olarak düşünülerek dünyanın birçok ülkesinde geliştirilmektedir. Güneşli bir ülkeden uzak olan Almanya, bu alanda dünya lideri haline geldi. SES'in Almanya'daki toplam kapasitesi her geçen yıl artıyor. Çin'de güneş enerjisi alanında ciddi gelişmeler yaşanıyor. Uluslararası Enerji Ajansı'nın iyimser tahminine göre, 2050 yılına kadar güneş enerjisi santralleri dünya elektriğinin %20-25'ini üretebilecek.
Güneş enerjisi santrallerinin geleceğine ilişkin alternatif bir görüş, güneş panelleri ve pil sistemlerinin üretimi için gerekli maliyetlerin, güneş enerjisi santralleri tarafından üretilen elektrikten elde edilen kârdan çok daha fazla olduğu gerçeğine dayanmaktadır. Bu pozisyonun muhalifleri, bunun tersinin doğru olduğunu iddia ediyor. Modern güneş pilleri, yeni yatırımlar olmadan onlarca hatta yüzlerce yıl çalışabilir, ürettikleri toplam enerji sonsuza eşittir. Bu nedenle, uzun vadede güneş enerjisi kullanılarak üretilen elektrik sadece karlı değil, aynı zamanda süper karlı hale gelecektir.
Gerçek nerede? Sevgili okuyucular, sizinle birlikte anlamaya çalışalım. Güneş enerjisi alanındaki modern yaklaşımlara ve bugüne kadar uygulanmış en parlak fikirlerden bazılarına bakacağız. Bugün bu verimliliğin neden oldukça düşük olduğunu anlamak için şu anda çalışan güneş panellerinin verimliliğini belirlemeye çalışacağız.

Rusya'da güneş panellerinin verimliliği
Modern araştırmalara göre, güneş enerjisi metrekare başına yaklaşık 1367 watt'tır (güneş sabiti). Ekvatorda, atmosfer yoluyla dünyaya sadece 1020 watt ulaşır. Rusya topraklarında, güneş enerjisi santralleri yardımıyla (güneş pillerinin verimliliğinin bugün% 16 olduğu varsayılarak), metrekare başına ortalama 163,2 watt elde edilebilmektedir.
Hava koşulları, gündüz ve gece süresi ve ayrıca güneş panellerinin kurulum türü dikkate alındığında (güneş pilinin verimliliği dikkate alınmaz).
Moskova'da 40 derecelik bir açıyla (Moskova için en uygun olan) bir kilometre karelik güneş panelleri kurulursa, üretilen yıllık elektrik hacmi 1173 * 0,16 = 187,6 GW * s olacaktır. KWh başına 3 ruble elektrik fiyatı ile üretilen elektriğin nominal değeri 561 milyon ruble.

Güneşi kullanarak elektrik üretmenin en yaygın yolları:

Güneş termik santralleri
Bu tür güneş enerjisi santrallerinin devasa aynaları dönerek güneşi yakalar ve kollektöre yansıtır. Bu tür elektrik üretim istasyonlarının çalışma prensibi, güneşin termal enerjisinin, bir gaz pistonlu Stirling motoru yardımıyla veya suyu ısıtarak vb. bir termodinamik makinenin mekanik elektrik enerjisine dönüştürülmesine dayanır.

Örnek olarak, kudretli Google'ın yatırım yaptığı Ivanpah enerji santralini (392 megavat kapasiteli) düşünün. Kaliforniya'nın Mojave Çölü'nde bulunan bir güneş enerjisi santralinin inşasına iki milyar ABD dolarından fazla yatırım yapıldı. Güneş enerjisi santralinin kurulu gücünün 1 kw'ı için 5612 dolar harcandı. Birçoğu, bu maliyetlerin kömürle çalışan elektrik santrallerinden daha yüksek olmasına rağmen, nükleer santrallerden çok daha düşük olduğuna inanıyor. Ama öyle mi? İlk olarak, bir nükleer enerji santralinin maliyeti kilovat kurulu güç başına 2.000 ila 4.000 ABD Doları arasındadır ve bu, Ivanpah'ı inşa etme maliyetinden daha ucuzdur. İkincisi, güneş enerjisi santralinin yıllık elektrik üretimi 1079 GWh, dolayısıyla yıllık ortalama kapasitesi 123,1 MW'tır. Ayrıca güneş enerjisi santrali sadece gündüz saatlerinde güneş enerjisi üretebilmektedir. Böylece, bir güneş enerjisi santrali kurmanın "ortalama" maliyeti 1 kW başına 17.870 dolara geliyor ve bu oldukça önemli bir fiyat. Belki de uzayda elektrik üretmek daha pahalı olurdu. Örneğin gazla çalışan konvansiyonel enerji santrallerinin inşaat maliyetleri 20-40 kat daha düşük. Aynı zamanda güneş enerjisi santrallerinden farklı olarak bu santraller, sadece güneşin parladığı saatlerde değil, ihtiyaç olduğu zamanlarda elektrik üreterek sürekli olarak çalışabilmektedir.
Ancak, modern termik güneş enerjisi santrallerinin, bunun için gündüz saatlerinde ısıtılan büyük miktarda soğutma sıvısı kullanarak günün her saati elektrik üretebildiğini biliyoruz. Sadece bu istasyonların inşa maliyeti, muhtemelen önemli olduğu için, çok fazla reklam yapılmamaya çalışılıyor. Ve piller, özellikle pompajlı depolamalı elektrik santrallerinin inşası olmak üzere güneş enerjisi santralleri tasarlama ve inşa etme maliyetine dahil edilirse, o zaman miktar fantastik oranlara çıkacaktır.

silikon güneş panelleri
Günümüzde güneş enerjisi santrallerinin işletilmesi için geniş bir alanın yarı iletken diyotları olan yarı iletken fotoseller kullanılmaktadır. Fotodiyotun çıkışlarında bir voltaj düşüşü (0.5V mertebesinde) yaratılırken, pn bağlantısına uçan bir ışık kuantumu bir elektron-delik çifti oluşturur.
Bir silikon güneş pilinin verimliliği yaklaşık %16'dır. Verimlilik neden bu kadar düşük? Bir elektron-boşluk çifti oluşturmak için belirli bir enerji gereklidir. Gelen ışık kuantumunun enerjisi düşükse, bir çiftin oluşumu gerçekleşmeyecektir. Bu durumda, bir miktar ışık, sıradan camdan olduğu gibi, silikondan basitçe geçecektir. Bu nedenle silikon, 1,2 µm'nin ötesinde kızılötesi ışığa karşı şeffaftır. Üretim için gerekenden daha fazla enerjiye sahip bir ışık kuantumu gelirse (yeşil ışık), bir çift oluşur, ancak fazla enerji hiçbir yere gitmeyecektir. Mavi ve ultraviyole ışıkla (enerjisi çok yüksek olan), kuantumun p-n birleşiminin derinliklerine ulaşmak için zamanı olmayabilir.

Güneş ışığının güneş pilinin yüzeyinden yansımaması için üzerine özel bir yansıma önleyici kaplama uygulanır (böyle bir kaplama aynı zamanda fotoğraf lenslerinin lenslerine de uygulanır). Yüzey dokusu düzensiz yapılır (tarak şeklinde). Bu durumda yüzeyden bir kez yansıyan ışık akısı tekrar geri döner.
Fotosellerin verimliliği, farklı yarı iletkenlere dayanan ve bir elektron deliği çifti oluşturmak için gereken farklı enerjilere sahip fotosellerin birleştirilmesiyle artırılır. Üç kademeli silikon fotosellerde %44 ve hatta daha yüksek bir verim elde edilir. Üç aşamalı bir fotoselin çalışma prensibi, mavi ışığı etkin bir şekilde emen ve kırmızı ve yeşili ileten bir fotoselin ilk sırada yer almasına dayanır. İkinci fotosel yeşili emer, üçüncüsü IR'yi emer. Bununla birlikte, üç aşamalı fotovoltaik hücreler günümüzde çok pahalıdır, bu nedenle, Watt / $ cinsinden fiyat nedeniyle üç aşamalı olanların önünde olan daha ucuz tek aşamalı fotoseller yaygın olarak kullanılmaktadır.
Çin, bir watt'ın maliyetinin düşmesi nedeniyle silikon güneş pillerinin üretimini devasa bir hızla geliştiriyor. Çin'de, watt başına yaklaşık 0,5 dolar.
Başlıca silikon güneş pilleri türleri şunlardır:
monokristal
çok kristalli
Daha pahalı olan monokristal güneş pillerinin verimliliği, polikristal güneş pillerinin verimliliğinden biraz daha yüksektir (yalnızca %1). Polikristalin silikon güneş pilleri bugün üretilen elektriğin watt başına en ucuz maliyeti sağlıyor.
Silikon güneş pilleri sonsuza kadar dayanamaz. Agresif bir ortamda 20 yıldan fazla çalışma, en gelişmişleri orijinal güçlerinin yüzde 15'ine kadar kaybeder. Güneş panellerinin daha fazla bozulmasının yavaşladığına inanmak için sebepler var.

Silikon fotosel ve parabolik ayna
Tüm dünyadaki mucitler, güneş enerjisi santrallerinin ekonomik uygulanabilirliğini artırmak için her türlü girişimi yapıyor. Örneğin, küçük verimli bir silikon fotosel ve bir parabolik ayna (konsantre fotovoltaik) alırsak, ayna bir güneş pilinden çok daha ucuzken, 16 yerine %40 verim elde edebiliriz. Ancak güneşi takip etmek için güvenilir mekanikler gerekir. Devasa bir döner aynalı çanak, güvenli bir şekilde sabitlenmeli ve güçlü rüzgarlardan ve agresif çevresel faktörlerden korunmalıdır. İkinci sorun, parabolik aynaların saçılan ışığı odaklayamamasıdır. Güneş ince bulutların arkasına bile batmışsa, parabolik sistemden elektrik üretimi sıfıra düşecektir. Bu koşullar altında konvansiyonel güneş panellerinde termal enerji üretimi de ciddi oranda azaltılmakla birlikte sıfıra indirilmez. Parabolik aynalı güneş panelleri, kurulum maliyeti açısından çok pahalı ve bakımı maliyetlidir.

Çatılarda yuvarlak güneş pilleri
Amerikan şirketi Solyndra, hükümetin desteğiyle yuvarlak şekilli güneş pilleri tasarladı. Beyaza boyanmış çatılara monte edildiler. Cam tüpler üzerine iletken bir tabaka (Solyndra durumunda, Bakır indiyum galyum (di)selenit kullanıldı) püskürtülerek dairesel güneş dizileri yapıldı. Yuvarlak pillerin gerçek verimliliği, daha ucuz olan silikon pillerden daha düşük olan yaklaşık %8,5 idi. Büyük bir kredi karşılığında devlet garantisi alan Solyndra iflas etti. Maliyet etkinliği başından beri çok şüpheli olan teknolojiye Amerikan ekonomisi çok para yatırdı. Verimsiz teknolojilerin "başarılı" lobicilik faaliyetleri yalnızca Rus teknik bilgisi değildir.

Büyük Problem Güneş Enerjisi!
Güneş enerjisi santrallerinin gündüzleri elektrik ürettiği, akşamları ise aynı şekilde çok büyük bir elektrik ihtiyacının ortaya çıktığı bilinmektedir. Bu, piller olmadan güneş enerjisi santrallerinin etkili olmayacağı anlamına gelir. Akşam elektrik tüketiminin zirve yaptığı saatlerde alternatif (klasik) elektrik kaynaklarının kullanılması gerekecektir. Gündüz saatlerinde bazı geleneksel elektrik santrallerinin kapatılması gerekecek ve bazıları kötü hava koşullarında beklemede tutulacak. Güneş enerjisi santralinin üzerinde bulutlar asılı ise eksik olan elektrik yedekten sağlanmalıdır. Sonuç olarak, klasik üretim kapasiteleri yedekte kalır ve kar kaybeder.

Başka bir yol var. Bu, elektriğin Afrika'dan Avrupa'ya iletilmesi olan Desertec projesine yansıtılıyor. Elektrik tüketiminin en yoğun olduğu akşam saatlerinde elektrik hatları yardımıyla, dünyanın güneşin en yüksek olduğu bölgelerinde bulunan güneş enerjisi santrallerinden elektrik iletilmesi mümkündür. Ancak bu yöntem, süper iletkenlere geçmeden önce, çok büyük finansal maliyetler ve farklı devletler arasında her türlü anlaşmayı gerektirir.

Batarya kullanımı
Bir güneş paneli tarafından üretilen watt başına ortalama maliyetin 0,50 $ olduğunu bulduk. Gün boyunca (8 saat), pil 8 Wh içinde üretebilir. Bu enerji, elektrik tüketiminin en yoğun olduğu akşama kadar korunmalıdır.
Çin'de geliştirilen lityum piller Wh başına yaklaşık 0,4 ABD dolarına mal oluyor, bu nedenle 0,5 ABD doları değerinde bir güneş paneli için watt başına 3,2 ABD doları pil gerekli olacak, bu da pilin maliyetinin altı katıdır. Bir lityum pilin maksimum 2000 şarj-deşarj döngüsü için tasarlandığını düşünürsek, bu da üç ila altı yıl arasında bir lityum pilin son derece pahalı bir çözüm olduğu sonucuna varabiliriz.
En ucuz piller kurşun asitlidir. En çevre dostu sistemlerden uzak olan bu sistemlerin toptan satış fiyatı, Wh başına yaklaşık 0,08 dolardır. Kurşun asitli aküler ve lityum aküler 3-6 yıl çalışacak şekilde tasarlanmıştır. Bir kurşun pilin verimliliği %75'tir. Bu pil şarj-deşarj döngüsünde enerjisinin dörtte birini kaybeder. Bir günlük güneş enerjisi üretiminden tasarruf etmek için 0,64$'a kurşun-asit piller satın almanız gerekecek. Bunun da pillerin maliyetinden daha fazla olduğunu görüyoruz.
Modern güneş enerjisi santralleri için pompaj depolamalı santraller geliştirilmiştir. Gündüz saatlerinde içlerine su pompalanır ve geceleri sıradan hidroelektrik santralleri gibi çalışırlar. Ancak bu santrallerin inşası (%90 verimlilik) her zaman mümkün olmuyor ve son derece pahalı oluyor.
Hayal kırıklığı yaratan bir sonuca varabiliriz. Günümüzde piller, güneş enerjisi santrallerinin kendisinden daha pahalıdır. Büyük güneş enerjisi santralleri için sağlanmamaktadır. Elektrik üretildikçe, büyük güneş enerjisi santralleri bunu dağıtım şebekelerine satar. Akşamları ve geceleri elektrik, konvansiyonel elektrik santralleri tarafından üretilir.

Güneş enerjisi - bugünkü fiyatı nedir?
Örneğin, güneş enerjisi kullanımında dünya lideri olan Almanya'yı ele alalım. Üretilen bir kilovatlık güneş enerjisi (gündüz bile ve bu tür elektrik daha ucuzdur) bu ülkede kWh başına 12 ila 17,45 eurocent fiyatla satın alınıyor. Almanya'daki gazla çalışan enerji santralleri hala yapım aşamasında, çalışır durumda veya sıcak beklemede olduğundan, bu ülkedeki güneş enerjisi santralleri aslında sadece Rus gazının korunmasına yardımcı oluyor.
Bugün Rus gazının maliyeti bin metreküp başına 450 dolardır. Bu gaz hacminden (üretim verimliliği %40), yaklaşık 4,32 GW elektrik üretilebilir. Sonuç olarak, güneşten üretilen 1 kWh elektrik için Rus gazından 0,104 dolar veya 7,87 eurocent tasarruf ediliyor. İşte düzensiz güneş enerjisi üretiminin gerçeğe uygun değeri. Böylece, şu anda Almanya'da güneş enerjisinin %50'si devlet tarafından sübvanse edilmektedir. Bununla birlikte, Almanya'nın güneşten elektrik üretme maliyetini hızla düşürdüğüne dikkat edilmelidir.

Çizim sonuçları
En ekonomik güneş elektriği (1 watt başına 0,5 dolar) günümüzde çok kristalli güneş pillerinin yardımıyla üretilmektedir. Güneş enerjisi kullanarak elektrik üretmenin diğer tüm yöntemleri çok daha pahalıdır.
Güneş enerjisi için anahtar olan sorun, güneş panellerinin verimliliği, fiyatı veya teorik olarak sonsuz olan EROEI değildir. Temel sorun, gündüz alınan güneş enerjisini üretme yollarının maliyetini azaltmak ve bu enerjiyi akşam pik tüketimi için saklamaktır. Nitekim şu anda hizmet ömrü üç ila altı yıl arasında olan pil sistemleri, güneş panellerinin kendisinden birkaç kat daha pahalıdır.
Önemli bir ölçekte güneş enerjisi üretimi, bugün yalnızca gündüz saatlerinde geleneksel fosil yakıtların küçük bir bölümünü kurtarmanın bir yolu olarak kabul edilmektedir. Güneş enerjisi, enerji tüketiminin en yoğun olduğu akşam saatlerinde henüz yükü tam olarak kaldıramıyor ve gündüzleri yedekte kalması gereken nükleer santraller, kömür, gaz ve hidroelektrik santrallerinin sayısını azaltıyor akşamları önemli enerji yükü.
Sıkılaştırıcı tarifelerin bir sonucu olarak (örneğin, hidrojen ve alüminyum üreticilerinin elektroliz üretimine gündüz başlamaları karlı olacaktır), elektrik tüketiminin tepe noktası gündüz saatlerine kayarsa, o zaman güneş enerjisi daha fazla fayda sağlayacaktır. gelişme için ciddi umutlar.
"Düzenlenmemiş" olan güneş enerjisi üretiminin maliyeti, ihtiyaç duyulduğunda herhangi bir zamanda üretmekte serbest olan konvansiyonel elektrik santrallerinde elektrik üretmenin maliyeti ile kıyaslanamaz.
Güneş elektriğinin maliyeti, onun yardımıyla tasarruf edilen fosil yakıtların maliyetini geçmemelidir. Örneğin, Almanya'da gaz 450 $'a mal oluyorsa, bu ülkede güneş enerjisi üretiminin fiyatı kilovat saat başına 0,1 $'ı geçmemelidir, aksi takdirde bu ülkede güneş enerjisi kârsızdır. Fosil yakıtlar ucuz ve kolayca bulunabildiği sürece, güneş enerjisi üretimi ekonomik olarak uygun değildir.
Şu anda, güneş enerjisi ve pahalı güneş pili sistemlerinin kullanımı, yalnızca elektrik şebekesine bağlanmak için başka seçeneklerin olmadığı bölgeler ve nesneler için ekonomik olarak haklıdır. Örneğin, yalnız duran, uzak bir hücresel istasyonda.
Ancak, güneş enerjisini düşünürken iyimserlik uyandıran aşağıdaki önemli faktörleri unutmayın:
1. Fosil yakıtların maliyeti, arzı azaldıkça sürekli artıyor.
2. Makul hükümet politikası, güneş enerjisi santrallerinin kullanımını daha karlı hale getirir.
3. İlerleme durmuyor! Güneş enerjisi santrallerinin verimliliği artıyor, elektrik üretimi ve birikiminde yeni teknolojiler geliştiriliyor.

Bu nedenle, 3-5 yıl içinde bu enerji sektörü hakkında çok daha olumlu bir inceleme yazmanın mümkün olacağına inanmak isterim!

Belarus Cumhuriyeti Eğitim Bakanlığı

Eğitim kurumu

"Maxim Tank'ın adını taşıyan Belarus Devlet Pedagoji Üniversitesi"

Genel ve Teorik Fizik Bölümü

Genel Fizik Kursları

Güneş enerjisi ve kullanım beklentileri

321 grubun öğrencileri

Fizik Fakültesi

Leshkevich Svetlana Valerievna

Bilim danışmanı:

Fedorkov Cheslav Mihayloviç

Minsk, 2009

giriiş

1. Güneş hakkında genel bilgiler

2. Güneş bir enerji kaynağıdır

2.1 Güneş enerjisi araştırması

2.2 Güneş enerjisinin potansiyeli

3. Güneş enerjisi kullanımı

3.1 Güneş enerjisinin pasif kullanımı

3.2 Güneş enerjisinin aktif kullanımı

3.2.1 Güneş kollektörleri ve türleri

3.2.2 Güneş sistemleri

3.2.3 Termik güneş enerjisi santralleri

3.3 Fotovoltaik sistemler

4. Güneş mimarisi

Çözüm

Kullanılan kaynakların listesi

giriiş

Güneş, Dünya'nın yaşamında istisnai bir rol oynar. Gezegenimizin tüm organik dünyası, varlığını Güneş'e borçludur. Güneş sadece bir ışık ve ısı kaynağı değil, aynı zamanda diğer birçok enerji türünün (petrol, kömür, su, rüzgar enerjisi) orijinal kaynağıdır.

Yeryüzünde ortaya çıktığı andan itibaren insan, güneşin enerjisini kullanmaya başlamıştır. Arkeolojik verilere göre, konut için sakin, soğuk rüzgarlardan kapalı ve güneş ışınlarına açık yerlerin tercih edildiği bilinmektedir.

Belki de bilinen ilk güneş sistemi, M.Ö. 15. yüzyıla tarihlenen Amenhotep III heykeli sayılabilir. Heykelin içinde, güneş ışınlarının altında gizli bir müzik aletini harekete geçiren bir hava ve su odaları sistemi vardı. Antik Yunanistan'da Helios'a tapıyorlardı. Bu tanrının adı günümüzde güneş enerjisi ile ilgili birçok terimin temelini oluşturmuştur.

Dünya nüfusunun sürekli artan ihtiyacı olan dünya ekonomisinin birçok sektörüne elektrik enerjisi sağlama sorunu artık giderek daha acil hale geliyor.

1. Güneş hakkında genel bilgiler

Güneş, Güneş Sisteminin merkezi gövdesi, sıcak bir plazma topu, tipik bir G2 cüce yıldızıdır.

Güneşin Özellikleri

1. Kütle M S ~2*10 23 kg

2. R S ~629 bin km

3. V \u003d 1.41 * 10 27 m3, Dünya'nın hacminden neredeyse 1300 bin kat daha büyük,

4. ortalama yoğunluk 1.41 * 10 3 kg / m3,

5. parlaklık L S \u003d 3,86 * 10 23 kW,

6. etkin yüzey sıcaklığı (fotosfer) 5780 K,

7. dönme periyodu (snodic) ekvatorda 27 gün ile 32 gün arasında değişmektedir. kutuplarda

8. serbest düşme ivmesi 274 m / s 2 (böylesine büyük bir yerçekimi ivmesiyle, 60 kg ağırlığındaki bir kişi 1,5 tondan daha ağır olacaktır).

Güneşin Yapısı

Güneşin orta kısmında, enerjisinin bir kaynağı veya mecazi anlamda onu ısıtan ve soğumasına izin vermeyen "soba" vardır. Bu alana çekirdek denir (bkz. Şekil 1). Sıcaklığın 15 MK'ye ulaştığı çekirdekte enerji açığa çıkar. Çekirdeğin yarıçapı, Güneş'in toplam yarıçapının dörtte birinden fazla değildir. Ancak güneş kütlesinin yarısı kendi hacminde yoğunlaşmıştır ve Güneş'in parlamasını destekleyen enerjinin neredeyse tamamı açığa çıkar.

Çekirdeğin hemen çevresinde, ışık bölümlerinin madde - kuantum tarafından emilmesi ve yayılması yoluyla yayıldığı bir radyant enerji transfer bölgesi başlar. Bir kuantumun yoğun güneş maddesinden dışarıya sızması çok uzun zaman alıyor. Yani Güneş'in içindeki "soba" aniden sönseydi, bunu ancak milyonlarca yıl sonra öğrenebilecektik.

Pirinç. 1 Güneşin Yapısı

Enerji akışı, iç güneş katmanlarından geçerken, gazın opaklığının büyük ölçüde arttığı bir bölgeyle karşılaşır. Bu, Güneş'in konvektif bölgesidir. Burada enerji artık radyasyonla değil, konveksiyonla aktarılır. Konvektif bölge, merkezden yaklaşık 0,7 yarıçap mesafede başlar ve ana enerji akışının transferinin tekrar ışıma haline geldiği Güneş'in neredeyse en görünür yüzeyine (fotosfer) kadar uzanır.

Fotosfer, Güneş'in granülasyon adı verilen tanecikli bir yapıya sahip yayılan yüzeyidir. Bu tür "tanelerin" her biri neredeyse Almanya büyüklüğündedir ve yüzeye çıkmış bir sıcak madde akışıdır. Fotosferde, genellikle nispeten küçük karanlık alanlar - güneş lekeleri görülebilir. Sıcaklığı 5800˚С'ye ulaşan, onları çevreleyen fotosferden 1500˚С daha soğukturlar. Fotosfer ile sıcaklık farkı nedeniyle, bu noktalar teleskopla bakıldığında tamamen siyah görünür. Fotosferin üzerinde, kromosfer, yani "renkli küre" adı verilen bir sonraki, daha seyreltilmiş katman bulunur. Kromosfer adını kırmızı renginden almıştır. Ve son olarak, üzerinde güneş atmosferinin çok sıcak ama aynı zamanda aşırı derecede seyreltilmiş bir kısmı var - korona.

2. Güneş bir enerji kaynağıdır

Güneşimiz, içinde karmaşık süreçlerin gerçekleştiği ve bunun sonucunda sürekli olarak enerjinin salındığı devasa bir ışıklı gaz topudur. Güneşin enerjisi gezegenimizdeki yaşamın kaynağıdır. Güneş, atmosferi ve dünyanın yüzeyini ısıtır. Güneş enerjisi sayesinde rüzgarlar eser, doğada su döngüsü gerçekleşir, denizler ve okyanuslar ısınır, bitkiler gelişir, hayvanlar beslenir. Fosil yakıtların Dünya'da var olması güneş radyasyonu sayesindedir. Güneş enerjisi ısıya veya soğuğa, itici güce ve elektriğe dönüştürülebilir.

Güneş, okyanuslardan, denizlerden, dünyanın yüzeyinden suyu buharlaştırır. Bu nemi su damlacıklarına dönüştürerek bulutları ve sisleri oluşturur ve ardından yağmur, kar, çiy veya don şeklinde tekrar Dünya'ya düşmesine neden olarak atmosferde devasa bir nem döngüsü oluşturur.

Güneş enerjisi, atmosferin genel sirkülasyonu ve okyanuslardaki su sirkülasyonunu sağlayan kaynaktır. Sanki gezegenimizin devasa bir su ve hava ısıtma sistemi yaratıyor ve ısıyı dünyanın yüzeyine yeniden dağıtıyor.

Bitkilerin üzerine düşen güneş ışığı, içinde fotosentez sürecine neden olur, bitkilerin büyümesini ve gelişmesini belirler; toprağa düşerek ısıya dönüşür, onu ısıtır, toprak iklimini oluşturur ve bu sayede toprakta bulunan bitki, mikroorganizma ve canlıların tohumlarına canlılık verir ki bu ısı olmadan cansız (hibernation) duruma gelirler. ).

Güneş çok büyük miktarda enerji yayar - saniyede yaklaşık 1,1x10 20 kWh. Bir kilovat saat, 100 watt'lık bir akkor ampulü 10 saat çalıştırmak için gereken enerji miktarıdır. Dünyanın dış atmosferi, Güneş tarafından yayılan enerjinin yaklaşık milyonda birini veya yılda yaklaşık 1500 katrilyon (1,5 x 10 18) kWh enerjiyi yakalar. Bununla birlikte, tüm enerjinin yalnızca %47'si veya yaklaşık 700 katrilyon (7 x 10 17) kWh, Dünya yüzeyine ulaşır. Güneş enerjisinin geri kalan %30'luk kısmı uzaya geri yansır, yaklaşık %23'ü su buharlaşır, enerjinin %1'i dalga ve akıntılardan ve %0,01'i de doğadaki fotosentez oluşumundan gelir.

2.1 Güneş enerjisi araştırması

Güneş neden milyarlarca yıldır parlıyor da soğumuyor? Hangi "yakıt" ona enerji verir? Bilim adamları yüzyıllardır bu soruya cevap arıyorlar ve ancak 20. yüzyılın başında doğru çözüm bulundu. Diğer yıldızlar gibi derinliklerinde meydana gelen termonükleer reaksiyonlar nedeniyle parladığı artık biliniyor.

Hafif elementlerin atomlarının çekirdeği, daha ağır bir elementin atomunun çekirdeğinde birleşirse, yenisinin kütlesi, oluştuğu elementlerin toplam kütlesinden daha az olacaktır. Kütlenin geri kalanı, reaksiyon sırasında salınan parçacıklar tarafından taşınan enerjiye dönüştürülür. Bu enerji neredeyse tamamen ısıya dönüştürülür. Atom çekirdeği sentezinin böyle bir reaksiyonu, yalnızca çok yüksek basınçta ve 10 milyon derecenin üzerindeki sıcaklıklarda meydana gelebilir. Bu nedenle termonükleer olarak adlandırılır.

Güneşi oluşturan ana madde hidrojendir, yıldızın toplam kütlesinin yaklaşık %71'ini oluşturur. Neredeyse %27'si helyuma ve geri kalan %2'si karbon, nitrojen, oksijen ve metaller gibi daha ağır elementlere aittir. Güneşin ana "yakıtı" hidrojendir. Bir dönüşüm zincirinin sonucu olarak dört hidrojen atomundan bir helyum atomu oluşur. Ve reaksiyona katılan her gram hidrojenden 6x10 11 J enerji açığa çıkar! Yeryüzünde bu miktardaki enerji 1000 m3 suyu 0ºC'den kaynama noktasına kadar ısıtmak için yeterli olacaktır.

2.2 Güneş enerjisinin potansiyeli

Güneş bize dünya çapında fiilen kullanılandan 10.000 kat daha fazla bedava enerji sağlıyor. Yalnızca küresel ticari pazar, yılda 85 trilyon (8,5 x 10 13) kWh enerjinin biraz altında alıp satıyor. Tüm süreci takip etmek imkansız olduğu için insanların ne kadar ticari olmayan enerji tükettiğini (örneğin ne kadar odun ve gübre toplanıp yakıldığını, mekanik veya elektrik üretmek için ne kadar su kullanıldığını) kesin olarak söylemek mümkün değil. enerji). Bazı uzmanlar, ticari olmayan bu tür enerjinin, kullanılan tüm enerjinin beşte birini oluşturduğunu tahmin ediyor. Ancak bu doğru olsa bile, o zaman insanoğlunun yıl boyunca tükettiği toplam enerji, aynı dönemde Dünya yüzeyine çarpan güneş enerjisinin yaklaşık yedide biri kadardır.

ABD gibi gelişmiş ülkelerde enerji tüketimi yılda yaklaşık 25 trilyon (2,5 x 10 13) kWh olup, bu da kişi başına günlük 260 kWh'den fazladır. Bu, tam bir gün boyunca günde 100'den fazla 100W akkor ampul çalıştırmaya eşdeğerdir. Ortalama bir ABD vatandaşı bir Hintliden 33 kat, bir Çinliden 13 kat, bir Japondan iki buçuk kat ve bir İsveçliden iki kat daha fazla enerji tüketiyor.

3. Güneş enerjisi kullanımı

Güneş radyasyonu, sözde aktif ve pasif güneş sistemleri kullanılarak faydalı enerjiye dönüştürülebilir. Pasif sistemler, binaların güneş enerjisinden maksimum düzeyde faydalanacak şekilde tasarlanması ve yapı malzemelerinin seçilmesi ile elde edilir. Güneş kollektörleri aktif güneş enerjisi sistemleridir. Fotovoltaik sistemler de şu anda geliştirilmektedir - bunlar güneş ışınımını doğrudan elektriğe dönüştüren sistemlerdir.

Güneş enerjisi de biyokütle, rüzgar veya su enerjisi gibi diğer enerji türlerine dönüştürülerek dolaylı olarak faydalı enerjiye dönüştürülür. Güneşin enerjisi, Dünya'daki hava durumunu "kontrol eder". Güneş radyasyonunun büyük bir kısmı, hidroelektrik santrallerini "besleyen" yağmur şeklinde ısınan, buharlaşan ve yere düşen su olan okyanuslar ve denizler tarafından emilir. Rüzgar türbinlerinin ihtiyaç duyduğu rüzgar, havanın üniform olmayan ısınması nedeniyle oluşur. Güneş enerjisinden kaynaklanan bir başka yenilenebilir enerji kaynağı kategorisi de biyokütledir. Yeşil bitkiler güneş ışığını emer, fotosentez sonucunda içlerinde daha sonra ısı ve elektrik enerjisi elde edilebilecek organik maddeler oluşur. Böylece rüzgar, su ve biyokütle enerjisi güneş enerjisinin bir türevidir.

Enerji, herhangi bir üretimin itici gücüdür. İnsanın emrinde büyük miktarda nispeten ucuz enerjiye sahip olması, sanayileşmeye ve toplumun gelişmesine büyük katkıda bulundu.

3.1 Güneş enerjisinin pasif kullanımı

güneş enerjisi termik santral

Pasif güneş enerjili binalar, yerel iklim koşullarını mümkün olduğunca dikkate alacak şekilde tasarlanan ve binayı güneş enerjisi kullanarak ısıtmak, soğutmak ve aydınlatmak için uygun teknolojiler ve malzemeler kullanılarak yapılan binalardır. Bunlara yalıtım, sağlam zeminler ve güneye bakan pencereler gibi geleneksel inşaat teknikleri ve malzemeleri dahildir. Bu tür yaşam alanları bazı durumlarda hiçbir ek ücret ödemeden inşa edilebilir. Diğer durumlarda, inşaat sırasında ortaya çıkan ek maliyetler, daha düşük enerji maliyetleri ile dengelenebilir. Pasif güneş binaları çevre dostudur, enerji bağımsızlığının ve enerji dengeli bir geleceğin yaratılmasına katkıda bulunur.

Pasif bir güneş sisteminde, bina yapısının kendisi bir güneş radyasyonu toplayıcı görevi görür. Bu tanım, ısının bir binada duvarları, tavanları veya zeminleri aracılığıyla depolandığı en basit sistemlerin çoğuna karşılık gelir. Bina yapısına ısı biriktirmek için özel elemanların yerleştirildiği sistemler de vardır (örneğin, taşlı kutular veya su dolu tanklar veya şişeler). Bu tür sistemler ayrıca pasif güneş enerjisi olarak sınıflandırılır.

3.2 Güneş enerjisinin aktif kullanımı

Güneş enerjisinin aktif kullanımı güneş kollektörleri ve güneş enerjisi sistemleri yardımıyla gerçekleştirilmektedir.

3.2.1 Güneş kollektörleri ve türleri

Birçok güneş enerjisi sisteminin temeli güneş kollektörlerinin kullanılmasıdır. Kollektör güneşten gelen ışık enerjisini emer ve ısıya dönüştürür, bu da bir soğutucuya (sıvı veya hava) aktarılır ve ardından binaları ısıtmak, suyu ısıtmak, elektrik üretmek, tarım ürünlerini kurutmak veya yemek pişirmek için kullanılır. Güneş kollektörleri, ısı kullanan hemen hemen tüm proseslerde kullanılabilir.

Güneş kollektörü üretim teknolojisi, 1908'de Amerikan Carnegie Steel Company'den William Bailey ısı yalıtımlı gövde ve bakır borulara sahip bir kollektör icat ettiğinde neredeyse modern seviyeye ulaştı. Bu toplayıcı, modern termosifon sistemine çok benziyordu. Birinci Dünya Savaşı'nın sonunda, Bailey bu koleksiyonculardan 4.000 tane satmıştı ve ondan patenti satın alan Floridalı iş adamı, 1941'e kadar yaklaşık 60.000 koleksiyoncu sattı.

Tipik bir güneş kollektörü, güneş enerjisini maksimum radyasyon emilimi için siyaha boyanmış bir binanın çatısına monte edilmiş tüpler ve metal plakalardan oluşan modüllerde depolar. Cam veya plastikle kaplıdırlar ve maksimum güneş ışığını yakalamak için güneye doğru eğilirler. Böylece toplayıcı, ısıyı bir cam panel altında biriktiren minyatür bir seradır. Güneş ışınımı yüzeye dağıldığı için toplayıcının geniş bir alana sahip olması gerekir.

Uygulamalarına bağlı olarak çeşitli boyut ve tasarımlarda güneş kollektörleri bulunmaktadır. Evlere çamaşır yıkamak, banyo yapmak ve yemek pişirmek için sıcak su sağlayabilirler veya mevcut su ısıtıcıları için suyu önceden ısıtmak için kullanılabilirler. Şu anda, pazar birçok farklı koleksiyoncu modeli sunmaktadır.

Entegre manifold

En basit güneş kollektörü tipi, "kapasitif" veya "termosifon kollektör" dür ve kollektör aynı zamanda "bir seferlik" suyun ısıtıldığı ve depolandığı bir ısı depolama tankı olduğu için bu adı almıştır. Bu tür toplayıcılar, suyu önceden ısıtmak için kullanılır ve bu su daha sonra gazlı su ısıtıcıları gibi geleneksel kurulumlarda istenen sıcaklığa kadar ısıtılır. Ev koşullarında, önceden ısıtılmış su depolama tankına girer. Bu, sonraki ısıtma için enerji tüketimini azaltır. Böyle bir kollektör, hiçbir hareketli parça (pompa) kullanmayan, minimum bakım gerektiren ve sıfır işletme maliyeti olan aktif bir güneş enerjili su ısıtma sistemine ucuz bir alternatiftir.

Düz toplayıcılar

Düz plaka kollektörler, evsel su ısıtma ve ısıtma sistemlerinde kullanılan en yaygın güneş kollektörü türüdür. Tipik olarak, bu toplayıcı, içine siyah renkli bir soğurucu (soğurucu) plakanın yerleştirildiği, cam veya plastik kapaklı, ısı yalıtımlı bir metal kutudur. Sırlama şeffaf veya mat olabilir. Düz plaka toplayıcılar tipik olarak buzlu, yalnızca hafif, düşük demirli cam kullanır (toplayıcıya giren güneş ışığının çoğunun geçmesine izin verir). Güneş ışığı ısı alıcı plakaya vurur ve cam sayesinde ısı kaybı azalır. Kollektörün alt ve yan duvarları, ısı kayıplarını daha da azaltan ısı yalıtım malzemesi ile kaplanmıştır.

Düz plaka toplayıcılar sıvı ve hava olarak ikiye ayrılır. Her iki kollektör tipi de sırlı veya sırsızdır.

Güneş borulu vakum toplayıcıları

Geleneksel basit düz plaka güneş kollektörleri, sıcak güneşli iklime sahip bölgelerde kullanılmak üzere tasarlanmıştır. Olumsuz günlerde - soğuk, bulutlu ve rüzgarlı havalarda - etkinliklerini önemli ölçüde kaybederler. Ayrıca, hava kaynaklı yoğuşma ve nem, iç malzemelerin erken aşınmasına neden olacak ve bu da sistemin bozulmasına ve arızalanmasına yol açacaktır. Bu eksiklikler, tahliyeli kollektörler kullanılarak giderilmektedir.

Vakum toplayıcılar, daha yüksek sıcaklıkta suya ihtiyaç duyulan kullanım suyunu ısıtır. Güneş radyasyonu dış cam tüpten geçer, soğurucu tüpe çarpar ve ısıya dönüşür. Tüp içinden akan sıvı ile iletilir. Toplayıcı, her birine seçici bir kaplama ile boru şeklinde bir soğurucu (düz plaka toplayıcılarda bir soğurucu plaka yerine) tutturulmuş birkaç sıra paralel cam tüpten oluşur. Isıtılan sıvı, ısı eşanjöründe dolaşır ve depolama tankında bulunan suya ısı verir.

Cam tüpteki vakum, toplayıcı için mümkün olan en iyi ısı yalıtımıdır - ısı kaybını azaltır ve soğurucuyu ve ısı borusunu olumsuz dış etkilerden korur. Sonuç, diğer tüm güneş kollektörlerini geride bırakan mükemmel performanstır.

Odaklayıcı Toplayıcılar

Odaklayıcı toplayıcılar (yoğunlaştırıcılar), güneş enerjisini "soğutucu" olarak da adlandırılan bir soğurucu üzerinde yoğunlaştırmak için ayna yüzeyleri kullanır. Düz plaka toplayıcılardan çok daha yüksek sıcaklıklara ulaşırlar, ancak yalnızca doğrudan güneş ışınımını konsantre edebilirler, bu da sisli veya bulutlu havalarda düşük performansa neden olur. Ayna yüzeyi, büyük bir yüzeyden yansıyan güneş ışığını soğurucunun daha küçük bir yüzeyine odaklayarak yüksek bir sıcaklık elde eder. Bazı modellerde güneş ışınımı bir odak noktasında yoğunlaşırken, diğerlerinde güneş ışınları ince bir odak çizgisi boyunca yoğunlaşmıştır. Alıcı, odak noktasında veya odak çizgisi boyunca bulunur. Isı transfer sıvısı alıcıdan geçer ve ısıyı emer. Bu tür toplayıcı-yoğunlaştırıcılar, ekvatora yakın ve çöl alanları gibi yüksek güneşlenme olan bölgeler için en uygun olanlardır.

Dar bir amaç için başka ucuz, teknolojik olarak basit güneş kollektörleri vardır - neredeyse her kaynaktan ucuza damıtılmış su elde etmenizi sağlayan güneş fırınları (yemek pişirmek için) ve güneş damıtıcıları.

güneş fırınları

Ucuz ve yapımı kolaydır. Yansıtıcı malzeme (folyo gibi) ile kaplı, camla kaplı ve harici bir reflektörle donatılmış geniş, iyi yalıtılmış bir kutudan oluşurlar. Siyah tava, normal alüminyum veya paslanmaz çelik pişirme kaplarından daha hızlı ısınan bir emici görevi görür. Güneş fırınları, suyu kaynatarak dezenfekte etmek için kullanılabilir.

Kutulu ve aynalı (reflektörlü) solar fırınlar bulunmaktadır.

güneş damıtıcıları

Güneş enerjisi damıtıcıları ucuz damıtılmış su sağlar, hatta tuzlu veya çok kirli su kaynak olarak kullanılabilir. Suyun açık bir kaptan buharlaşması prensibine dayanırlar. Güneş damıtma cihazı bu süreci hızlandırmak için güneş enerjisini kullanır. Yoğunlaşan tatlı suyun özel bir kaba akması için eğilen, camlı, koyu renkli, ısı yalıtımlı bir kaptan oluşur. Küçük bir güneş damıtma cihazı - yaklaşık bir mutfak ocağı büyüklüğünde - güneşli bir günde on litreye kadar damıtılmış su üretebilir.

3.2.2 Güneş sistemleri

Güneş enerjili sıcak su sistemleri

Sıcak su, güneş enerjisinin en yaygın doğrudan uygulama türüdür. Tipik bir kurulum, sıvının güneş tarafından ısıtıldığı bir veya daha fazla kollektörden ve ayrıca ısı transfer sıvısı tarafından ısıtılan sıcak su için bir depolama tankından oluşur. Kuzey Avrupa gibi nispeten az güneş radyasyonu olan bölgelerde bile bir güneş enerjisi sistemi sıcak su talebinin %50-70'ini karşılayabilir. Belki de mevsimsel düzenlemenin yardımı dışında, daha fazlasını elde etmek imkansızdır. Güney Avrupa'da bir güneş kollektörü tüketilen sıcak suyun %70-90'ını sağlayabilir. Güneş enerjisi ile su ısıtmak oldukça pratik ve ekonomik bir yöntemdir. Fotovoltaik sistemler %10-15 verim elde ederken, termal güneş sistemleri %50-90 verim göstermektedir. Odun sobaları ile birlikte kullanım sıcak suyu ihtiyacı neredeyse tüm yıl boyunca fosil yakıtlar kullanılmadan karşılanabilir.

Termosifon güneş enerjisi sistemleri

Sıcak kış koşullarında (don olmadığında) kullanılan, soğutucunun doğal sirkülasyonu (konveksiyon) ile güneş enerjili su ısıtma sistemlerine termosifon denir. Genel olarak bunlar güneş enerjisi sistemlerinin en verimlisi olmasa da konut yapımı açısından birçok avantajı vardır. Soğutucunun termosifon sirkülasyonu, sıcaklığındaki bir değişiklikle birlikte suyun yoğunluğundaki bir değişiklik nedeniyle oluşur. Termosifon sistemi üç ana bölüme ayrılmıştır:

düz toplayıcı (emici);

boru hatları;

· Sıcak su (kazan) için depolama tankı.

Kollektördeki su (genellikle düz) ısıtıldığında yükselticiyi yükseltir ve depolama tankına girer; onun yerine, depolama tankının altından toplayıcıya soğuk su girer. Bu nedenle, kollektörü depolama tankının altına yerleştirmek ve bağlantı borularını yalıtmak gerekir.

Bu tür kurulumlar, subtropikal ve tropikal bölgelerde popülerdir.

Güneş enerjili su ısıtma sistemleri

Çoğu zaman havuzları ısıtmak için kullanılır. Böyle bir kurulumun maliyeti havuzun büyüklüğüne ve diğer özel koşullara bağlı olarak değişmekle birlikte, yakıt veya elektrik tüketimini azaltmak veya ortadan kaldırmak için güneş enerjisi sistemleri kurulursa, enerji tasarrufu olarak iki ila dört yıl içinde kendini amorti eder. Ayrıca havuz ısıtması, yüzme sezonunu hiçbir ek ücret ödemeden birkaç hafta uzatmanıza olanak tanır.

Çoğu binada havuz için bir güneş enerjisi ısıtıcısı ayarlamak zor değildir. Havuza suyun verildiği basit siyah bir hortuma indirgenebilir. Açık havuzlar için sadece bir emici takmanız gerekir. Kapalı havuzlar, kışın da sıcak su sağlamak için standart manifoldların kurulumunu gerektirir.

Mevsimsel ısı depolama

Yazın güneş kollektörlerinde biriktirilen ısının kışın büyük depolama tankları (sezonluk depolama) yardımıyla depolanmasına olanak sağlayan tesisatlar da mevcuttur. Buradaki sorun, bir evi ısıtmak için gereken sıvı miktarının evin hacmiyle karşılaştırılabilir olmasıdır. Ayrıca ısı deposu çok iyi yalıtılmalıdır. Geleneksel bir ev tipi depolama tankının ısının çoğunu altı ay süreyle muhafaza etmesi için, 4 metre kalınlığında bir yalıtım tabakasıyla sarılması gerekir. Bu nedenle, depolama kapasitesini çok büyük yapmak avantajlıdır. Sonuç olarak, yüzey alanının hacme oranı azalır.

Danimarka, İsveç, İsviçre, Fransa ve ABD'de büyük güneş enerjisi bölgesel ısıtma tesisatları kullanılmaktadır. Solar modüller doğrudan yere kurulur. Depolama olmadan, böyle bir güneş enerjisi tesisatı yıllık ısı talebinin yaklaşık %5'ini karşılayabilir, çünkü tesisatın bölgesel ısıtma sistemindeki kayıplar (iletim sırasında %20'ye kadar) dahil olmak üzere tüketilen minimum ısı miktarından fazlasını üretmemesi gerekir. Gece gündüz ısı depolaması varsa, güneş enerjisiyle ısıtma tesisatı, iletim kayıpları dahil ısı talebinin %10-12'sini ve mevsimsel ısı depolama ile %100'e kadar karşılayabilir. Bölgesel ısıtmayı bireysel güneş kollektörleri ile birleştirme olasılığı da vardır. Bölgesel ısıtma sistemi, sıcak su beslemesinin güneş tarafından sağlandığı ve ısıtma talebinin olmadığı yaz aylarında kapatılabilir.

Diğer yenilenebilir kaynaklarla birleştirilmiş güneş enerjisi.

İyi bir sonuç, çeşitli yenilenebilir enerji kaynaklarının, örneğin biyokütle biçimindeki mevsimsel ısı depolaması ile birleştirilmiş güneş ısısının birleşimidir. Ya da kalan enerji talebi çok düşükse sıvı veya gaz biyoyakıtlar, güneş ısıtmasına ek olarak verimli kazanlarla birlikte kullanılabilir.

İlginç bir kombinasyon, güneş enerjisiyle ısıtma ve katı biyokütle kazanlarıdır. Bu aynı zamanda güneş enerjisinin mevsimsel olarak depolanması sorununu da çözmektedir. Yaz aylarında biyokütle kullanımı en uygun çözüm değildir, çünkü kısmi yükte kazanların verimliliği düşüktür, ayrıca borulardaki kayıplar nispeten yüksektir - ve küçük sistemlerde yazın odun yakmak sakıncalı olabilir. Bu gibi durumlarda, yaz aylarındaki ısı yükünün tamamı güneş ısıtması ile sağlanabilir. Güneş enerjisi miktarının önemsiz olduğu kış aylarında, neredeyse tüm ısı biyokütle yakılarak üretilir.

Orta Avrupa'da ısı üretimi için güneş enerjisiyle ısıtma ve biyokütle yakmanın birleştirilmesi konusunda çok fazla deneyim vardır. Tipik olarak, toplam ısı yükünün yaklaşık %20-30'u güneş enerjisi sistemi tarafından karşılanır ve ana yük (%70-80) biyokütle tarafından sağlanır. Bu kombinasyon hem bireysel konut binalarında hem de merkezi (bölgesel) ısıtma sistemlerinde kullanılabilir. Orta Avrupa koşullarında, özel bir evi ısıtmak için yaklaşık 10 m3 biyokütle (örn. yakacak odun) yeterlidir ve bir güneş enerjisi tesisatı yılda 3 m3'e kadar yakacak odun tasarrufuna yardımcı olur.

3.2.3 Termik güneş enerjisi santralleri

Güneş ısısının doğrudan kullanımına ek olarak, yüksek düzeyde güneş radyasyonu olan bölgelerde, bir türbini döndüren ve elektrik üreten buhar üretmek için kullanılabilir. Güneş termal elektriğinin büyük ölçekte üretimi oldukça rekabetçidir. Bu teknolojinin endüstriyel uygulaması 1980'lere kadar uzanmaktadır; o zamandan beri endüstri hızla gelişti. ABD kamu kuruluşları tarafından 400 megavattan fazla termik güneş enerjisi santrali halihazırda kurulmuş olup, 350.000 kişiye elektrik sağlamakta ve yılda 2,3 milyon varil petrol eşdeğerini değiştirmektedir. Mojave Çölü'nde (ABD'nin Kaliforniya eyaletinde) bulunan dokuz santral, 354 MW kurulu güce sahip olup, 100 yıllık endüstriyel işletme tecrübesine sahiptir. Bu teknoloji o kadar gelişmiş ki, resmi bilgilere göre Amerika Birleşik Devletleri'nin birçok yerinde geleneksel elektrik üretim teknolojileriyle rekabet edebiliyor. Dünyanın diğer bölgelerinde de elektrik üretmek için güneş ısısını kullanma projeleri de yakında başlatılmalıdır. Hindistan, Mısır, Fas ve Meksika ilgili programları geliştiriyor ve bunların finansmanı için hibeler Küresel Çevre Aracı (GEF) tarafından sağlanıyor. Yunanistan, İspanya ve ABD'de bağımsız elektrik üreticileri tarafından yeni projeler geliştirilmektedir.

Termik güneş enerjisi santralleri, ısı üretim yöntemine göre güneş yoğunlaştırıcılar (aynalar) ve güneş havuzları olarak ikiye ayrılır.

güneş yoğunlaştırıcılar

Bu tür enerji santralleri güneş enerjisini mercekler ve reflektörler kullanarak yoğunlaştırır. Bu ısı depolanabildiğinden, bu tür istasyonlar gece veya gündüz, her türlü hava koşulunda ihtiyaca göre elektrik üretebilmektedir.

Büyük aynalar - noktasal veya doğrusal odaklı - güneş ışınlarını, türbini döndürmek için yeterli enerjiyi serbest bırakırken su buhara dönüşecek şekilde yoğunlaştırır. Luz Corp. Kaliforniya çölünde bu tür aynalardan oluşan devasa alanlar kurdu. 354 MW elektrik üretiyorlar. Bu sistemler güneş enerjisini yaklaşık %15 verimlilikle elektriğe çevirebilmektedir.

Aşağıdaki güneş yoğunlaştırıcı türleri vardır:

1. Solar parabolik yoğunlaştırıcılar

2. Çanak tip güneş enerjisi tesisatı

3. Merkezi alıcılı güneş enerjisi kuleleri.

güneş havuzları

Ne odaklama aynaları ne de güneş pilleri geceleri güç üretemez. Bunun için gün içerisinde biriken güneş enerjisinin ısı depolama tanklarında depolanması gerekmektedir. Bu süreç sözde güneş havuzlarında doğal olarak gerçekleşir.

Güneş havuzları, alt su katmanlarında yüksek tuz konsantrasyonuna, tuz konsantrasyonunun derinlikle arttığı konvektif olmayan bir orta su katmanına ve yüzeyde düşük tuz konsantrasyonuna sahip konvektif bir katmana sahiptir. Güneş ışığı göletin yüzeyine düşer ve yüksek tuz konsantrasyonu nedeniyle ısı suyun alt katmanlarında tutulur. Havuzun tabanı tarafından emilen güneş enerjisi ile ısıtılan yüksek tuzlu su, yüksek yoğunluğu nedeniyle yükselemez. Havuzun dibinde kalır ve neredeyse kaynayana kadar yavaş yavaş ısınır (suyun üst katmanları nispeten soğuk kalırken). Sıcak dipli "tuzlu su", özel bir organik soğutma sıvısı türbininin elektrik üretebilmesi sayesinde gece veya gündüz bir ısı kaynağı olarak kullanılır. Güneş havuzunun orta tabakası, alttan yüzeye konveksiyonu ve ısı kaybını önleyerek ısı yalıtımı görevi görür. Havuz suyunun tabanı ile yüzeyi arasındaki sıcaklık farkı jeneratörü çalıştırmak için yeterlidir. Alt su tabakası boyunca borulardan geçirilen soğutma sıvısı, elektrik üretmek için bir türbinin döndüğü kapalı Rankin sistemine beslenir.

3.3 fotovoltaik sistemler

Işığı veya güneş enerjisini doğrudan elektriğe dönüştüren cihazlara fotosel denir (İngilizce Fotovoltaik'te, Yunanca fotoğraflardan - ışık ve elektromotor kuvvet biriminin adı - volt). Güneş ışığının elektriğe dönüşümü, güneş ışığına maruz kaldığında elektrik akımı üreten silikon gibi yarı iletken bir malzemeden yapılmış fotovoltaik hücrelerde gerçekleşir. Fotovoltaik hücreleri modüllere ve bunları sırayla birbirine bağlayarak, büyük fotovoltaik istasyonlar inşa etmek mümkündür. Bugüne kadarki en büyük istasyon, ABD'nin Kaliforniya eyaletindeki 5 megavatlık Carris Plain kurulumudur. Fotovoltaik kurulumların verimliliği şu anda yaklaşık %10'dur, ancak tek tek fotovoltaik hücreler %20 veya daha fazla bir verimliliğe ulaşabilir.

Solar fotovoltaik sistemlerin kullanımı kolaydır ve hareketli mekanizmalara sahip değildir, ancak fotovoltaik hücrelerin kendileri, entegre devrelerin üretiminde kullanılanlara benzer karmaşık yarı iletken cihazlar içerir. Fotovoltaik hücreler, birbiriyle temas halinde olan farklı elektriksel özelliklere sahip iki yarı iletken arasındaki ışığın hareketiyle bir elektrik akımının üretildiği fiziksel prensibe dayanmaktadır. Bu tür elemanların kombinasyonu, bir fotovoltaik panel veya modül oluşturur. Fotovoltaik modüller, elektriksel özelliklerinden dolayı alternatif akım yerine doğrudan akım üretirler. Pille çalışan birçok basit cihazda kullanılır. Alternatif akım ise yönünü düzenli aralıklarla değiştirir. Enerji üreticileri tarafından sağlanan bu elektrik türüdür, çoğu modern cihaz ve elektronik cihaz için kullanılır. En basit sistemlerde, doğrudan fotovoltaik modüllerden gelen doğru akım kullanılır. AC'ye ihtiyaç duyulan aynı yerde DC'yi AC'ye çeviren bir invertör sisteme eklenmelidir.

Önümüzdeki yıllarda, dünya nüfusunun önemli bir kısmı fotovoltaik sistemlere aşina hale gelecek. Onlar sayesinde, büyük, pahalı enerji santralleri ve dağıtım sistemlerinin inşasına yönelik geleneksel ihtiyaç ortadan kalkacak. Güneş pillerinin maliyeti düştükçe ve teknoloji geliştikçe, güneş pilleri için potansiyel olarak büyük birkaç pazar açılacaktır. Örneğin, yapı malzemelerinin içine yerleştirilen güneş pilleri, evlerin havalandırma ve aydınlatmasını gerçekleştirecektir. El aletlerinden otomobillere kadar tüketici ürünleri, fotovoltaik bileşenler içeren bileşenlerin kullanımından faydalanacaktır. Kamu hizmetleri ayrıca, nüfusun ihtiyaçlarını karşılamak için fotovoltaik hücreleri kullanmanın yeni yollarını bulabilecek.

En basit fotovoltaik sistemler şunları içerir:

· solar pompalar - fotovoltaik pompa üniteleri, dizel jeneratörlere ve el pompalarına hoş bir alternatiftir. Suyu tam olarak en çok ihtiyaç duyulduğu anda - açık güneşli bir günde - pompalarlar. Solar pompaların kurulumu ve çalıştırılması kolaydır. Küçük bir pompa, bir kişi tarafından birkaç saat içinde kurulabilir ve bunun için ne deneyim ne de özel ekipman gereklidir.

· Bataryalı fotovoltaik sistemler - batarya bir güneş enerjisi jeneratörü tarafından şarj edilir, enerjiyi depolar ve her an kullanıma hazır hale getirir. En olumsuz koşullarda ve uzak yerlerde bile, pillerde depolanan fotovoltaik enerji gerekli ekipmana güç sağlayabilir. Elektriğin birikmesi sayesinde fotovoltaik sistemler, her türlü hava koşulunda gece gündüz güvenilir bir güç kaynağı sağlar. Pille çalışan fotovoltaik sistemler, dünya çapında aydınlatma, sensörler, ses kayıt cihazları, ev aletleri, telefonlar, televizyonlar ve elektrikli aletlere güç sağlar.

Jeneratörlü fotovoltaik sistemler - Elektriğe sürekli olarak ihtiyaç duyulduğunda veya tek başına bir fotovoltaik dizinin üretebileceğinden daha fazlasına ihtiyaç duyulduğu dönemler olduğunda, bir jeneratör tarafından etkili bir şekilde desteklenebilir. Gündüz vakti fotovoltaik modüller günlük enerji ihtiyacını karşılar ve aküyü şarj eder. Akü boşaldığında, motor-jeneratör açılır ve aküler yeniden şarj olana kadar çalışır. Bazı sistemlerde, elektrik talebi akülerin toplam kapasitesini aştığında, jeneratör enerji eksikliğini telafi eder. Motor-jeneratör günün herhangi bir saatinde elektrik üretir. Bu nedenle, havanın kaprislerine bağlı olarak gece veya fırtınalı bir günde fotovoltaik modüllerin çoğaltılması için mükemmel bir yedek güç kaynağı sağlar. Fotovoltaik modül ise sessiz çalışır, bakım gerektirmez ve atmosfere kirletici madde yaymaz. Fotovoltaik hücrelerin ve jeneratörlerin birlikte kullanılması, sistemin ilk maliyetini azaltabilir. Yedek kurulum yoksa, PV modülleri ve piller geceleri güç sağlayacak kadar büyük olmalıdır.

· Şebekeye bağlı fotovoltaik sistemler - merkezi bir güç kaynağı ortamında, şebekeye bağlı bir fotovoltaik sistem gerekli yükün bir kısmını sağlayabilirken, diğer kısım şebekeden gelir. Bu durumda pil kullanılmaz. Dünya çapında binlerce ev sahibi bu tür sistemleri kullanıyor. Fotovoltaik enerji ya yerel olarak kullanılır ya da şebekeye beslenir. Sistem sahibinin ürettiğinden daha fazla elektriğe ihtiyacı olduğunda - örneğin akşamları, artan talep şebeke tarafından otomatik olarak karşılanır. Sistem hane halkının tüketebileceğinden daha fazla elektrik ürettiğinde, fazla şebekeye gönderilir (satılır). Bu nedenle, elektrik şebekesi, şebekeden bağımsız bir kurulum için bir pil gibi bir fotovoltaik sistem için bir yedek görevi görür.

· endüstriyel fotovoltaik tesisatlar - fotovoltaik santraller sessiz çalışır, fosil yakıt tüketmez, havayı ve suyu kirletmez. Ne yazık ki, fotovoltaik istasyonlar, özellikleriyle açıklanabilecek olan şebeke ağlarının cephaneliğine henüz çok dinamik bir şekilde dahil edilmemiştir. Mevcut enerji maliyeti hesaplama yöntemiyle, güneş elektriği hala geleneksel enerji santrallerinin üretiminden önemli ölçüde daha pahalıdır. Ayrıca fotovoltaik sistemler sadece gündüz saatlerinde enerji üretir ve performansları hava durumuna bağlıdır.

4. Güneş mimarisi

Güneş enerjisini mimaride pasif olarak kullanmanın birkaç ana yolu vardır. Bunları kullanarak birçok farklı şema oluşturabilir, böylece çeşitli bina tasarımları elde edebilirsiniz. Güneş enerjisinin pasif kullanımına sahip bir binanın inşasında öncelikler şunlardır: evin iyi konumu; kışın daha fazla güneş ışığının içeri girmesi için güneye (Kuzey Yarımküre'de) bakan çok sayıda pencere (ve tam tersi, yazın istenmeyen güneş ışığını sınırlamak için doğuya veya batıya bakan az sayıda pencere); İstenmeyen sıcaklık dalgalanmalarını önlemek ve geceleri sıcak tutmak için iç mekandaki ısı yükünün doğru hesaplanması, iyi yalıtılmış bina yapısı.

Pencerelerin konumu, yalıtımı, yönü ve binadaki ısı yükü tek bir sistem olmalıdır. İç sıcaklık dalgalanmalarını azaltmak için, binanın dışına yalıtım yapılmalıdır. Ancak hızlı iç ısıtmanın olduğu, az yalıtım gerektiren veya ısı kapasitesinin düşük olduğu yerlerde yalıtım içeriden yapılmalıdır. O zaman binanın tasarımı herhangi bir mikro iklim için en uygun olacaktır. Tesislerdeki termal yük ile yalıtım arasındaki doğru dengenin sadece enerji tasarrufu sağlamakla kalmayıp aynı zamanda yapı malzemelerinden tasarruf edilmesini de sağladığı gerçeğini belirtmekte fayda var. Pasif güneş binaları yaşamak için mükemmel yerlerdir. Burada doğa ile bağınızı daha iyi hissediyorsunuz, böyle bir evde çok fazla doğal ışık var, elektrik tasarrufu sağlıyor.

Güneş ışığının pasif kullanımı, tipik bir binada alan ısıtma talebinin yaklaşık %15'ini sağlar ve önemli bir enerji tasarrufu kaynağıdır. Bir bina tasarlanırken, güneş enerjisi kullanımını en üst düzeye çıkarmak için pasif güneş inşaatı ilkelerini dikkate almak gerekir. Bu ilkeler her yerde ve neredeyse hiçbir ek ücret ödemeden uygulanabilir.

Bir binanın tasarımı sırasında güneş kollektörleri ve fotovoltaik diziler gibi aktif güneş sistemlerinin kullanımı da göz önünde bulundurulmalıdır. Bu ekipman binanın güney tarafına kurulur. Kışın ısı miktarını en üst düzeye çıkarmak için, Avrupa ve Kuzey Amerika'daki güneş kollektörleri yataydan 50°'den fazla bir açıyla kurulmalıdır. Sabit fotovoltaik diziler, ufka göre eğim açısının binanın bulunduğu coğrafi enleme eşit olduğu yıl boyunca en fazla miktarda güneş radyasyonu alır. Binanın çatısının açısı ve güneye yönelimi, bir bina tasarlanırken önemli unsurlardır. Sıcak su temini için güneş kollektörleri ve fotovoltaik paneller, enerji tüketilen yerin yakınına yerleştirilmelidir. Banyo ve mutfağın yakınlığının, aktif güneş enerjisi sistemlerinin kurulumundan tasarruf etmenize (bu durumda, iki oda için bir güneş kollektörü kullanabilirsiniz) ve nakliye için enerji kayıplarını en aza indirmenize izin verdiğini hatırlamak önemlidir. Ekipman seçiminde ana kriter verimliliğidir.

Çözüm

Şu anda, mevcut güneş panellerinin nispeten düşük verimliliğe sahip olması ve üretimlerinin çok pahalı olması nedeniyle, güneş enerjisinin yalnızca ihmal edilebilir bir kısmı kullanılmaktadır. Bununla birlikte, pratik olarak tükenmez temiz enerji kaynağından hemen vazgeçilmemelidir: uzmanlara göre, güneş enerjisi tek başına insanlığın gelecek binlerce yıl boyunca akla gelebilecek tüm enerji ihtiyacını karşılayabilir. Güneş enerjisi tesisatlarının verimliliğini birkaç kat artırmak da mümkündür ve bunları evlerin çatılarına ve yanlarına yerleştirerek, ılıman enlemlerde bile konut için ısıtma, su ısıtma ve elektrikli ev aletlerinin çalışmasını sağlayacağız. tropiklerden bahsetmiyorum bile. Büyük miktarda enerji gerektiren endüstrinin ihtiyaçları için, tamamen güçlü güneş enerjisi tesisleriyle kaplı, kilometrelerce uzunluğundaki çorak arazileri ve çölleri kullanabilirsiniz. Ancak güneş enerjisi, dünya yüzeyinin binlerce kilometrekarelik alanına güneş enerjisi santrallerinin inşası, yerleştirilmesi ve işletilmesi ile ilgili birçok zorlukla karşılaşmaktadır. Bu nedenle, güneş enerjisinin toplam payı, en azından yakın gelecekte oldukça mütevazı olmuştur ve olmaya devam edecektir.

Şu anda Güneş'i incelemek amacıyla yeni uzay projeleri geliştiriliyor, onlarca ülkenin yer aldığı gözlemler yapılıyor. Güneş'te meydana gelen süreçlerle ilgili veriler, yapay Dünya uydularına ve uzay roketlerine, dağ zirvelerine ve okyanusların derinliklerine kurulu ekipman kullanılarak elde edilir.

İnsanlığın varlığı ve gelişmesi için gerekli bir araç olan enerji üretiminin doğa ve insan çevresi üzerinde de etkisi olduğu gerçeğine de çok dikkat edilmelidir. Bir yandan ısı ve elektrik, insanın yaşamına ve üretim faaliyetlerine o kadar yerleşmiştir ki, insan onsuz varlığını hayal bile edemez ve tükenmez kaynakları olduğu gibi tüketir. Öte yandan, insanlar giderek artan bir şekilde enerjinin ekonomik yönüne odaklanmakta ve çevre dostu enerji üretimine ihtiyaç duymaktadır. Bu, insanlığın ihtiyaçlarını karşılamak için fonların yeniden dağıtılması, ulusal ekonomideki başarıların pratik kullanımı, ısı ve elektrik üretimi için yeni alternatif teknolojilerin araştırılması ve geliştirilmesi vb.

Şimdi bilim adamları Güneş'in doğasını araştırıyor, Dünya üzerindeki etkisini keşfediyor ve neredeyse tükenmez olan güneş enerjisini kullanma sorunu üzerinde çalışıyorlar.

Kullanılan kaynakların listesi

Edebiyat

1. Güneş sisteminde yaşam arayışı: İngilizce'den çeviri. M.: Mir, 1988, s. 44-57

2. Zhukov G.F. Genel enerji teorisi.//M: 1995., s. 11-25

3. Dementyev B.A. Nükleer güç reaktörleri. M., 1984, s. 106-111

4. Termik ve nükleer santraller. dizin. Kitap. 3. M., 1985, s. 69-93

5. Genç bir astronomun ansiklopedik sözlüğü, M.: Pedagoji, 1980, s. 11-23

6. Vidyapin V.I., Zhuravleva G.P. Fizik. Genel teori.//M: 2005, s. 166-174

7. Dagaev M. M. Astrofizik.// M: 1987, s. 55-61

8. Timoshkin S. E. Güneş enerjisi ve güneş pilleri. M., 1966, s. 163-194

9. Illarionov A. G. Enerjinin doğası.//M: 1975., s. 98-105

Web siteleri

1. http://www.stroyca.ru

2. http://www.astro.alfaspace.net

3. http://www. solbat.narod.ru/1.htm

4.http://www. sunenergy.4hs.ru

5. http://solar-battery.narod.ru

Eski zamanlardan beri insanlar, dinlerinde onu canlı bir nesneye yükselterek Güneş'ten güçlü ve büyük olarak söz ettiler. Aydınlığa taptılar, onu övdüler, zamanı ölçtüler ve onu her zaman dünyevi nimetlerin birincil kaynağı olarak gördüler.

Güneş enerjisi ihtiyacı

Binlerce yıl geçti. İnsanlık, gelişiminin yeni bir dönemine girdi ve hızla gelişen teknolojik ilerlemenin meyvelerinin tadını çıkarıyor. Bununla birlikte, bugüne kadar, ısının ve dolayısıyla yaşamın ana doğal kaynağı Güneş'tir.

İnsanlık günlük faaliyetlerinde Güneş'i nasıl kullanıyor? Bu soruyu daha ayrıntılı olarak ele alalım.

Güneşin "İşi"

Göksel cisim, bitkilerin fotosentezi için gerekli olan enerjinin tek kaynağı olarak hizmet eder. Güneş, su döngüsünü harekete geçirir ve yalnızca onun sayesinde gezegenimizde insanlığın bildiği tüm fosil yakıtlar vardır. İnsanlar da elektrik ve ısı enerjisi ihtiyaçlarını karşılamak için bu parlak yıldızın gücünü kullanırlar. Onsuz, gezegendeki yaşam kesinlikle imkansız olurdu.

Ana enerji kaynağı

Doğa, insanlığın armağanlarını göksel bedenden almasına akıllıca bakar. Güneş enerjisinin Dünya'ya teslimi, radyasyon dalgalarının kıtaların ve suların yüzeyine iletilmesiyle gerçekleştirilir. Ayrıca, gönderilen tüm spektrumdan yalnızca:

1. Ultraviyole dalgalar. İnsan gözüyle görünmezler ve toplam spektrumun yaklaşık %2'sini oluştururlar.

2. Işık dalgaları. Bu, Dünya yüzeyine ulaşan Güneş enerjisinin yaklaşık yarısıdır. Işık dalgaları sayesinde kişi etrafındaki dünyanın tüm renklerini görür.

3. Kızılötesi dalgalar. Spektrumun yaklaşık %49'unu oluştururlar ve su ile toprağın yüzeyini ısıtırlar. Dünya'da güneş enerjisi kullanımında en çok talep gören bu dalgalardır.

Kızılötesi dalga dönüştürme ilkesi

Güneş enerjisinin Dünya'da kullanılma süreci nasıldır? Diğer benzer eylemler gibi, doğrudan dönüşüm ilkesine göre gerçekleştirilir. Bu sadece özel bir yüzey gerektirir. Güneş ışığı ona çarptığında enerjiye dönüşme sürecinden geçer. Bu devrede ısı elde etmek için bir toplayıcı devreye girmelidir. Kızılötesi dalgaları emer. Ayrıca Güneş enerjisini kullanan bir cihazda mutlaka depolama cihazları bulunur. Nihai ürünü ısıtmak için özel ısı eşanjörleri düzenlenmiştir.

Güneş enerjisinin peşinden koştuğu amaç, insanlık için çok gerekli olan ısı ve ışığı elde etmektir. Yeni endüstri bazen güneş enerjisi olarak anılır. Ne de olsa Yunanca Helios, Güneş anlamına gelir.

Kompleksin işletilmesi

Teorik olarak, her birimiz bir güneş enerjisi kurulumunu hesaplayabiliriz. Ne de olsa, galaktik sistemimizin tek yıldızından Dünya'ya seyahat eden bir ışık ışınları akışının, metrekare başına 1367 watt'a eşit bir enerji yükü getireceği biliniyor. Bu, atmosferik katmanların girişinde bulunan sözde güneş sabitidir. Bu seçenek yalnızca doğada bulunmayan ideal koşullar altında mümkündür. Atmosferi geçtikten sonra güneş ışınları ekvatora metrekare başına 1020 watt getirecek. Ancak gündüz ve gecenin değişmesi nedeniyle üç kat daha düşük bir değer elde edebiliyoruz. Ilıman enlemlere gelince, burada sadece gündüz saatlerinin süresi değil, aynı zamanda mevsimsellik de değişir. Böylece ekvatordan uzak yerlerde elektrik alımının hesaplamada yarıya indirilmesi gerekecektir.

Göksel armatürün radyasyonlarının coğrafyası

Güneş enerjisi nerede yeterince verimli çalışabilir? Kurulumların yeri için doğal koşullar, bu büyüyen endüstride önemli bir rol oynamaktadır.
Güneş radyasyonunun Dünya yüzeyindeki dağılımı düzensizdir. Bazı bölgelerde güneş ışını uzun zamandır beklenen ve nadir bir misafirdir, bazılarında ise tüm canlıları iç karartıcı bir şekilde etkileyebilir.

Belirli bir alanın aldığı güneş radyasyonu miktarı, bulunduğu yerin enlemine bağlıdır. Doğal bir yıldızın enerjisinin en büyük dozları, ekvatorun yakınında bulunan devletler tarafından alınır. Ama hepsi bu kadar değil. Güneş akısı miktarı, bir iklim bölgesinden diğerine geçerken değişen açık günlerin sayısına bağlıdır. Hava akımları ve bölgenin diğer özellikleri radyasyon derecesini artırabilir veya azaltabilir. Güneş enerjisinin faydaları en bilinenleridir:

Kuzeydoğu Afrika ülkeleri ve kıtanın bazı güneybatı ve orta bölgeleri;
- Arap Yarımadası sakinleri;
- Afrika'nın doğu kıyısı;
- kuzeybatı Avustralya ve Endonezya'nın bazı adaları;
- Güney Amerika'nın batı kıyısı.

Rusya'ya gelince, kendi topraklarında yapılan ölçümlerin gösterdiği gibi, Çin'in sınırındaki bölgeler ve kuzey bölgeleri en yüksek dozda güneş radyasyonuna sahip. Ve ülkemizde Güneş Dünya'yı en az nerede ısıtır? Bu, St. Petersburg ve çevresini içeren kuzeybatı bölgesidir.

enerji santralleri

Güneş'in enerjisini Dünya'da kullanmadan hayatımızı hayal etmek zor. Nasıl uygulanır? Işık ışınları elektrik üretmek için kullanılabilir. Buna olan ihtiyaç her yıl artıyor ve gaz, petrol ve kömür rezervleri hızla azalıyor. Bu nedenle son yıllarda insanlar güneş enerjisi santralleri inşa etmeye başladı. Sonuçta, bu tesisler alternatif enerji kaynaklarının kullanımına izin vererek doğal kaynakları önemli ölçüde korur.

Güneş enerjisi santralleri, yüzeylerine yerleştirilmiş fotoseller sayesinde çalışır. Ayrıca son yıllarda bu tür sistemlerin verimini önemli ölçüde artırmak mümkün olmuştur. Güneş enerjisi tesisatları en yeni malzemelerden ve yaratıcı mühendislik çözümleri kullanılarak üretilmeye başlandı. Bu, güçlerini büyük ölçüde artırdı.

Bazı araştırmacılara göre, yakın gelecekte insanlık mevcut geleneksel elektrik üretme yöntemlerini terk edebilir. İnsanların ihtiyaçları tamamen gök cismi tarafından karşılanacaktır.

Güneş enerjisi santralleri çeşitli boyutlarda olabilir. En küçüğü özeldir. Bu sistemlerde sadece birkaç güneş paneli sağlanmaktadır. En büyük ve en karmaşık kurulumlar, on kilometre kareyi aşan alanları kapsar.

Tüm güneş enerjisi santralleri altı türe ayrılır. Aralarında:

Kule;
- fotoselli kurulumlar;
- tabak şeklinde;
- parabolik;
- güneş vakumu;
- karışık.

En yaygın santral tipi kuledir. Bu uzun bir tasarım. Dıştan, üzerinde bir rezervuar bulunan bir kuleye benziyor. Kap su ile doldurulur ve siyaha boyanır. Kulenin çevresinde, alanı 8 metrekareyi aşan aynalar var. Tüm sistem tek bir kumanda panosuna bağlı olduğundan aynaların açısını sürekli olarak güneş ışığını yansıtacak şekilde yönlendirmek mümkündür. Tanka yöneltilen ışınlar suyu ısıtır. Sistem, elektrik üretmek için gönderilen buhar üretir.

Fotovoltaik enerji santralleri güneş panelleri kullanır. Bugün, bu tür kurulumlar özellikle popüler hale geldi. Sonuçta, güneş panelleri küçük bloklara kurulabilir, bu da onların sadece endüstriyel işletmeler için değil, aynı zamanda özel evler için de kullanılmasına izin verir.

İçinde ayna plakalarının kurulu olduğu çok büyük boyutlu bir dizi uydu anteni görürseniz, bunların güneş radyasyonu ile çalışan parabolik enerji santralleri olduğunu bilin. Çalışma prensibi aynı kule tipi sistemlere benzer. Bir ışık huzmesi yakalarlar ve alıcıyı sıvı ile ısıtırlar. Ardından, elektrik üretmek için kullanılan buhar üretilir.

Disk istasyonları, kule tipi ve parabolik tip olarak sınıflandırılanlarla aynı şekilde çalışır. Farklılıklar yalnızca kurulumun tasarım özelliklerinde yatmaktadır. İlk bakışta, yaprakları düz yuvarlak aynalar olan devasa bir metal ağaca benziyor. Güneş enerjisini yoğunlaştırırlar.

Alışılmadık bir ısı elde etme yolu, bir güneş-vakum enerji santralinde kullanılır. Tasarımı, yuvarlak bir çatı ile kaplı bir arazi parçasıdır. Bu yapının merkezinde, tabanına türbinlerin monte edildiği içi boş bir kule yükselir. Böyle bir santralin kanatlarının dönmesi, sıcaklık farkı oluştuğunda meydana gelen hava akışından kaynaklanmaktadır. Cam tavan güneş ışınlarının içeri girmesine izin verir. Dünyayı ısıtıyorlar. Oda içindeki hava sıcaklığı yükselir. İçerideki ve dışarıdaki termometrelerin okumalarındaki fark, bir hava akımı oluşturur.

Güneş enerjisinde de karma tip santraller kullanılmaktadır. Örneğin kulelerde ek fotosellerin kullanıldığı durumlarda bu tür sistemlerden bahsedebiliriz.

Güneş enerjisinin avantajları ve dezavantajları

Ulusal ekonominin her sektörünün olumlu ve olumsuz yanları vardır. Işık akıları kullanılırken de kullanılabilirler. Güneş enerjisinin avantajları şu şekildedir:

Çevre dostu, çünkü çevreyi kirletmez;
- ana bileşenlerin mevcudiyeti - yalnızca endüstriyel kullanım için değil, aynı zamanda kişisel küçük enerji santrallerinin oluşturulması için de satılan fotoseller;
- kaynağın tükenmezliği ve kendini yenilemesi;
- sürekli azalan maliyet.

Güneş enerjisinin dezavantajları arasında şunlar tespit edilebilir:

Günün saatinin ve hava koşullarının enerji santrallerinin performansına etkisi;
- enerji depolama ihtiyacı;
- bölgenin bulunduğu enlem ve mevsime bağlı olarak verimde azalma;
- santralin kendisinde gerçekleşen büyük hava ısıtması;
- güneş pili sisteminin ihtiyaç duyduğu, güneş pillerinin kurulu olduğu çok büyük alanlar nedeniyle sorunlu olan, kirlilikten periyodik olarak temizlenme ihtiyacı;
- her yıl düşmesine rağmen, kitlesel tüketici için hala erişilemeyen nispeten yüksek ekipman maliyeti.

Geliştirme umutları

Güneş enerjisini Dünya'da kullanmanın gelecekteki olasılıkları nelerdir? Bugün, bu alternatif kompleks için büyük bir gelecek öngörülüyor.

Güneş enerjisi için görünüm parlak. Ne de olsa bugün bile bu yönde ölçekleri açısından çok büyük çalışmalar yapılıyor. Her yıl, boyutları teknik çözümleri ve ölçekleriyle hayrete düşüren dünyanın çeşitli ülkelerinde giderek daha fazla güneş enerjisi santrali ortaya çıkıyor. Ayrıca bu sektördeki uzmanlar, amacı bu tür tesislerde kullanılan fotosellerin verimini artırmak olan bilimsel araştırmalar yapmaktan geri kalmıyor.

Bilim insanları ilginç bir hesap yaptı. Güneş pilleri Dünya gezegeninin topraklarının yedi yüzde birine kurulacak olsaydı, o zaman% 10'luk bir verimlilikle bile tüm insanlığa ihtiyaç duyduğu ısı ve ışığı sağlarlardı. Ve bu o kadar da uzak bir olasılık değil. Sonuçta günümüzde kullanılan fotosellerin verimi %30'dur. Aynı zamanda bilim insanları bu değeri %85'e çıkarmayı umuyor.

Güneş enerjisinin gelişimi oldukça yüksek bir hızla ilerliyor. İnsanlar, doğal kaynakların tükenmesi sorunuyla ciddi şekilde ilgileniyorlar ve alternatif ısı ve ışık kaynakları belirlemeye çalışıyorlar. Böyle bir karar, insanlık için kaçınılmaz bir enerji krizinin yanı sıra yaklaşan bir ekolojik felaketi de önleyecektir.

Bu, tüm bölgelerde fark edilmese de geleceğin dünyasında yaşıyoruz. Her halükarda, yeni enerji kaynakları geliştirme olasılığı bugün ilerici çevrelerde ciddi bir şekilde tartışılıyor. Gelecek vaat eden alanlardan biri de güneş enerjisidir.

Şu anda Dünya'daki elektriğin yaklaşık %1'i güneş radyasyonunun işlenmesinden elde ediliyor. Öyleyse neden diğer "zararlı" yöntemlerden hala vazgeçmedik ve hiç reddedecek miyiz? Makalemizi okumanızı ve bu soruyu kendiniz cevaplamaya çalışmanızı öneririz.

Güneş enerjisi elektriğe nasıl dönüştürülür?

En önemlisi ile başlayalım - güneş ışınlarının elektriğe nasıl dönüştürüldüğü.

Sürecin kendisi denir "Güneş Üretimi" . Bunu sağlamanın en etkili yolları şunlardır:

• fotovoltaik;
• güneş termal enerjisi;
• güneş balonu enerji santralleri.

Her birini düşünelim.

fotovoltaik

Bu durumda, elektrik akımı nedeniyle ortaya çıkar. fotovoltaik etki. Prensip şudur: güneş ışığı bir fotosele çarpar, elektronlar fotonların (hafif parçacıklar) enerjisini emer ve harekete geçer. Sonuç olarak, elektrik voltajı alıyoruz.

Güneş radyasyonunu elektriğe dönüştüren elementlere dayanan güneş panellerinde meydana gelen bu süreçtir.

Fotovoltaik panellerin tasarımı oldukça esnektir ve farklı boyutlara sahip olabilir. Bu nedenle kullanımları oldukça pratiktir. Ek olarak, paneller yüksek performans özelliklerine sahiptir: yağışa ve aşırı sıcaklıklara karşı dayanıklıdırlar.

Ve işte nasıl kurulduğu ayrı güneş paneli modülü:

Güneş panellerinin şarj cihazları, özel evler için güç kaynakları, şehirleri yüceltmek ve tıbbi amaçlar için kullanımı hakkında okuyabilirsiniz.

Modern güneş panelleri ve enerji santralleri

Son örnekler, şirketin güneş panellerini içerir. SistineGüneş. Geleneksel koyu mavi panellerin aksine herhangi bir gölge ve dokuda olabilirler. Bu da evin çatısını istediğiniz gibi "süsleyebilecekleri" anlamına gelir.

Tesla geliştiricileri tarafından başka bir çözüm önerildi. Sadece panelleri değil, güneş enerjisini işleyen tam teşekküllü bir çatı kaplama malzemesini de satışa çıkardılar. yerleşik güneş modülleri içerir ve ayrıca çok çeşitli tasarımlara sahip olabilir. Aynı zamanda, malzemenin kendisi sıradan çatı kiremitlerinden çok daha güçlüdür; Solar Roof'un sonsuz bir garantisi bile vardır.

Tam teşekküllü bir güneş enerjisi santraline örnek olarak Avrupa'da yeni yapılmış çift taraflı panelli bir santrali verebiliriz. İkincisi, hem doğrudan güneş radyasyonunu hem de yansıtıcıyı toplar. Bu, güneş enerjisi üretiminin verimliliğini %30 oranında artırmanıza olanak tanır. Bu istasyon yılda yaklaşık 400 MWh üretmelidir.

Faiz aynı zamanda Çin'in en büyük yüzen güneş enerjisi santrali. Kapasitesi 40 MW'tır. Bu tür çözümlerin 3 önemli avantajı vardır:

• Çin için önemli olan geniş toprakları işgal etmeye gerek yok;
• rezervuarlarda suyun buharlaşması azalır;
• fotosellerin kendileri daha az ısınır ve daha verimli çalışır.

Bu arada, bu yüzen güneş enerjisi santrali, terk edilmiş bir kömür madenciliği işletmesinin yerine inşa edildi.

Fotovoltaik etkiye dayalı teknoloji bugün en umut verici olanıdır ve uzmanlara göre güneş panelleri önümüzdeki 30-40 yıl içinde dünyanın elektrik ihtiyacının yaklaşık %20'sini üretebilecektir.

güneş termal enerjisi

Burada yaklaşım biraz farklı, çünkü. Güneş radyasyonu, bir kabı sıvı ile ısıtmak için kullanılır. Bu, onu bir türbini döndüren buhara dönüştürür ve bu da elektrik üretimiyle sonuçlanır.

Termik santraller aynı prensipte çalışır, sadece kömür yakılarak sıvı ısıtılır.

Bu teknolojinin kullanımının en bariz örneği, istasyon Ivanpa Solar Mojave Çölü'nde. Dünyanın en büyük güneş enerjisi termik santralidir.

2014 yılından beri faaliyet gösteriyor ve elektrik üretmek için herhangi bir yakıt kullanmıyor - sadece çevre dostu güneş enerjisi kullanıyor.

Su kazanı yapının merkezinde görebileceğiniz kulelerde yer alıyor. Etrafında güneş ışınlarını kulenin tepesine yönlendiren aynalardan oluşan bir alan var. Aynı zamanda bilgisayar, güneşin konumuna bağlı olarak bu aynaları sürekli olarak döndürür.

Güneş ışığı kulede yoğunlaşıyor

Konsantre güneş enerjisinin etkisiyle kuledeki su ısınır ve buhar olur. Bu, basınç oluşturur ve buhar, elektriğin serbest bırakılmasının bir sonucu olarak türbini döndürmeye başlar. Bu istasyonun gücü, Moskova'daki ortalama CHPP ile karşılaştırılabilecek 392 megavattır.

İlginç bir şekilde, bu tür istasyonlar geceleri çalışabilir. Bu, ısıtılmış buharın bir kısmının depoya yerleştirilmesi ve türbini döndürmek için kademeli olarak kullanılması nedeniyle mümkündür.

Güneş enerji santralleri

Bu orijinal çözüm, yaygın olarak kullanılmasa da hala olması gereken bir yer var.

Kurulumun kendisi 4 ana bölümden oluşur:

• Gökyüzünde güneş radyasyonunu toplayan bir balon bulunur. Su, hızla ısınan ve buhar haline gelen topa girer.
• Buhar boru hattı - basınç altındaki buhar, içinden türbine inerek dönmesine neden olur.
• türbin - buhar akışının etkisi altında dönerek elektrik enerjisi üretir.
• Kondenser ve pompa - türbinden geçen buhar, suya yoğunlaşır ve bir pompa yardımıyla balona yükselir ve burada tekrar buhar durumuna ısıtılır.

Güneş enerjisinin avantajları nelerdir?

• Güneş bize enerjisini birkaç milyar yıl daha verecek. Aynı zamanda, insanların onu çıkarmak için para ve kaynak harcamasına gerek yoktur.
• Güneş enerjisi üretimi, doğaya hiçbir risk taşımayan, tamamen çevre dostu bir süreçtir.
• süreç özerkliği. Güneş ışığının toplanması ve elektrik üretimi minimum insan müdahalesi ile gerçekleşir. Yapılacak tek şey çalışma yüzeylerini veya aynaları temiz tutmaktır.
• Ömrünü tamamlamış güneş panelleri geri dönüştürülebilir ve üretimde yeniden kullanılabilir.

Güneş enerjisi geliştirme sorunları

Güneş enerjisi santrallerinin gece çalışmasını sürdürmeye yönelik fikirlerin uygulanmasına rağmen, hiç kimse doğanın kaprislerinden muaf değildir. Birkaç gün boyunca bulutlu gökyüzü, elektrik üretimini önemli ölçüde azaltır ve aslında nüfus ve işletmelerin kesintisiz arzına ihtiyacı vardır.

Güneş enerjisi santrali kurmak ucuz bir zevk değildir. Bu, tasarımlarında nadir bulunan unsurları kullanma ihtiyacından kaynaklanmaktadır. Çalışan termik santraller ve nükleer santraller varken, tüm ülkeler bütçelerini daha az güçlü santrallere harcamaya hazır değil.

Bu tür kurulumları barındırmak için geniş alanlar ve güneş radyasyonunun yeterli bir seviyeye sahip olduğu yerler gereklidir.

Rusya'da güneş enerjisi nasıl geliştirilir?

Ne yazık ki ülkemizde kömür, gaz ve petrol hala sonuna kadar yanıyor ve kesinlikle Rusya tamamen alternatif enerjiye geçen son ülkelerden biri olacak.

Bugüne kadar güneş enerjisi üretimi, Rusya Federasyonu'nun enerji dengesinin yalnızca %0,03'ünü oluşturuyor. Karşılaştırma için, aynı Almanya'da bu rakam% 20'den fazladır. Özel girişimciler, uzun geri ödeme süresi ve çok yüksek karlılık olmaması nedeniyle güneş enerjisine yatırım yapmakla ilgilenmiyor çünkü gazımız çok daha ucuz.

Ekonomik olarak gelişmiş Moskova ve Leningrad bölgelerinde güneş aktivitesi düşük seviyededir. Orada güneş enerjisi santrallerinin inşası pratik değildir. Ancak güney bölgeleri oldukça umut verici.